贵州某水库枢纽工程大坝填筑施工技术分析

郑鼎雄，孙 彪，刘田珂

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081)

近年来，为响应国家脱贫攻坚的号召，贵州修建了大量的水利工程项目，为达到合理利用水资源的目的，减少水涝灾害，助力打赢脱贫攻坚战。因此，随着水库工程项目数量的不断增加，在水库大坝填筑施工中，如何在保证工程质量的前提下，控制项目投资成本，确保各项材料的充分利用，缩短工程建设工期，尽快使水库实现经济效益[1-2]。所以，在大坝建设中需要对当地条件进行全面分析，明确大坝填筑施工的关键点，制定合理、可行的大坝填筑施工技术方案，才能从多领域、多角度提升水库工程大坝的施工质量，推动我国水利工程规范化发展[3]。本文以贵州某水库混凝土面板堆石坝工程为例，对其大坝填筑技术进行分析。

1 工程基本概况

贵州某水库位于贵州省黔西南布依苗族自治州，河流为红水河一级左支流桑郎河，属珠江流域红水河水系，正常蓄水位799.0m，正常蓄水位库容为1141万m3，总库容为1205万m3。该工程为Ⅲ等中型工程，工程任务为防洪、供水、灌溉，兼顾发电等综合利用，年供水量1045万m3，灌溉供水量69万m3，电站装机容量2×27MW，多年平均发电量1620万kw·h。

该水库大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高91.5m，坝顶高程801.50m，坝轴线长度258.66m，坝顶宽度10.0m，大坝上游面板坡比为1∶1.4，下游综合坝坡1∶1.692。坝体填筑总量为172.14万m3，包括上游面板铺盖料18.01万m3、特殊垫层料7.86万m3、挤压边墙0.66万m3，过渡料10.02万m3、(主、次)堆石料134.36万m3和坝后干砌石护坡料0.94万m3。

由建设合同工期可知，原计划大坝填筑封顶时间为2023年4月29日、大坝上游铺盖施工时间节点为2024年4月28日。实际上，通过参建单位的合理组织和精诚合作，现场施工建设进度大大提前，2022年4月15日主堆区填筑到安全度汛749.0m高程，具备了安全度汛条件，2022年8月28日填筑到坝顶高程800.5m，提前原定合同工期8个月完成大坝封顶。大坝主要施工进度计划见表1。

表1 大坝填筑主要施工进度计划

2 大坝填筑施工规划

2.1 大坝分区分期填筑规划

根据该水库设计防洪度汛文件和施工组织，大坝填筑将分区分期进行。坝体分区自上游至下游依次分为黏土铺盖区1A、石渣铺盖区1B、粉煤灰铺盖1C、垫层区2A、特殊垫层区2B、过渡区3A、主堆石区3B、次堆石区3C、下游干砌石护坡P区[4]。大坝填筑分4期进行，分别为Ⅰ期：2022.01.01～01.20；Ⅱ期：2022.01.21～04.15；Ⅲ期：2022.04.16～08.28；Ⅳ期：2023.09.01～10.31。大坝分期填筑进度计划如图1所示。

图1 大坝分期填筑进度计划图

2.2 大坝填筑施工准备规划

2.2.1施工道路

大坝填筑工程施工道路主要以左、右岸进基坑道路以及坝后公路为主线，新修建两条右岸料场至坝区的运料公路。

2.2.2填筑料加水

结合本工程施工道路布置特点，为防止水流破坏路面，使车辆行走困难及打滑造成交通事故，上坝料加水采用坝外加水和坝面洒水相结合的方式进行，坝外加水拟在料场附近，运输车辆经加水站加水后再运料上坝，上坝料在碾压前进行坝面洒水，施工过程中按坝外加水70%，坝面洒水30%。

2.2.3主要施工设备

本工程坝体填筑最高强度为21万m3/月，最低强度(盖重)为9万m3/月，前期某时段施工强度达到1万m3/天。前期施工强度大，后期施工强度小，前期配置的设备较多，度汛后减少。施工时投入30辆25t自卸汽车作为大坝填料运输，坝料挖装投入9台1.3～1.88m3反铲挖掘机，坝面平料投入2台推土机SD32推平堆石料，1台B160C推土机推平垫层料和过渡料，投入3台26t自行式振动碾进行大坝填筑碾压，液压振动平板夯及冲击式振动夯进行边角特殊部位碾压，垫层料挤压边墙投入1台BJY-40挤压机进行施工。

2.3 料源规划

石料场位于坝址下游河湾地块右岸，距离坝址约240m。大坝填筑过渡料、主堆石料、次堆石料和干砌石护坡料共151.31万m3需从石料场开采，换算成自然方量为115.31万m3，其中石方填筑和过渡料填筑量142.5万m3，垫层料、特殊垫层料、挤压边墙填筑量8.62万m3，石料场的规划有用料储量为自然方量180.4万m3，考虑从料场开采的石料取实际用料的1.5倍，则需要开采自然方量173.25万m3，料场有用料储量180.4万m3满足实际开采需求。

3 大坝填筑施工

3.1 填筑施工参数

在大坝填筑施工中，为保障施工质量，满足大坝填筑施工技术要求，应明确土方填筑碾压施工技术中的关键参数[5]。因此，在大坝开始填筑之前，需要对坝体各分区填筑料进行现场碾压试验，一方面是核实坝体填筑材料设计填筑标准的合理性，另一方面是确定现有的压实机械达到设计填筑标准的压实方法，包括沉降量、铺料厚度、碾压遍数、干密度、孔隙率及洒水量等各项碾压参数[6]。

根据现场碾压试验，得出大坝填筑施工参数见表2。

表2 大坝填筑施工参数

3.2 大坝填筑单元划分

坝体从上游至下游的最大底宽约283.46m，坝轴线长258.66m，为了使大坝填筑各个工序尽量连续施工，填筑时将施工工作面划分成若干个单元，形成独立的施工区域，实现流水作业施工模式[7]，提高坝面上各类施工机械的使用效率。

根据大坝填筑分期分区填筑规划，大坝各期填筑依据填筑坝料划分为A、B、C区，干砌石护坡独立划分为P区，各分区内再根据不同施工条件划分成多个施工单元，单元面积由现场施工情况进行确定。各分区单元独立施工，单元循环遵循一个单元在填筑，另一个单元在洒水碾压，第三个单元再验收，以此循环往复，紧密衔接，确保施工进度。

3.3 测量控制

在填筑施工中，要对施工现场进行测量，测量控制精度一般采取三级[8]。按照设计要求，在基面验收合格之后，测量确定各填筑区的交界线，撒石灰线进行标识，两岸岩坡上标写高程和桩号，垫层与过渡层交界线，过渡层与主堆石区交界线，每层上升均要进行测量放样，主次交界线、下游边线可放宽到二至三层再进行测量放样。

3.4 坝体填筑单元施工程序

坝面填筑作业顺序采用“先粗后细”法，即主堆石区→过渡层区→垫层区，结合大坝填筑单元的划分，画出坝体填筑单元施工工艺流程如图2所示。

图2 坝体填筑单元施工工艺流程图

3.5 大坝填筑施工技术及方法

3.5.1主、次堆石料填筑

(1)填筑料：主堆石区料、次堆石区采用料场砂岩经爆破而成，颗粒级配要求Dmax≤700mm，D<5mm含量为5%～20%，D<0.075mm含量≤5%。

(2)填筑料铺摊：进占法铺料，采用80cm(压实厚度)一层填筑施工，松铺系数1.1，松铺厚度不超过90cm，予以严格控制，利用定点测量方式或移动式标杆解决超厚问题，对刚摊铺的石料进行初步静碾封闭。

(3)坝内洒水：在坝内卸料，平料碾压过程加水，加水量根据施工参数为10%。

(4)碾压：碾压应沿着坝轴线进行，采取静碾2遍+振动碾压8遍，为了防止不出现漏碾或超碾，用白石灰划线分区碾压，每区长度大于30m。当相邻两段交接带碾压时，其碾迹应相互搭接，垂直碾压方向(横缝)搭接宽度不小于0.3～0.5m，顺碾压方向(纵缝)搭接宽度不小于1.0～1.5m，且主堆区分段施工的横向接头采用不小于1∶3的斜坡搭接。

3.5.2过渡料填筑

(1)填筑料：过渡区料采用料场砂岩经爆破而成，颗粒级配要求Dmax≤300mm，D<5mm含量为20%～30%，D<0.075mm含量≤5%。

(2)填筑料铺摊：后退法铺料，采用40cm(压实厚度)一层填筑施工，松铺系数1.1，松铺厚度不超过45cm，予以严格控制，并且过渡料不得侵占垫层料的位置。

(3)坝内洒水：在坝内卸料，平料碾压过程加水，加水量根据施工参数为10%。

(4)碾压：碾压应沿着坝轴线进行，采取静碾2遍+振动碾压8遍，振动碾在振动滚筒宽度的同一碾压带上进退错距碾压。

3.5.3垫层料填筑

(1)填筑料：垫层料采用砂石料场砂岩经砂石料破碎系统而成，颗粒级配要求Dmax≤80mm，D<5mm含量为30%～50%，D<0.075mm含量4%～8%。

(2)填筑料铺摊：后退法铺料，采用40cm(压实厚度)一层填筑施工，松铺系数1.1，松铺厚度不超过45cm，予以严格控制，并且垫层料不得侵占特殊垫层料的位置。

(3)坝内洒水：在坝内卸料，平料碾压过程加水，加水量根据施工参数为15%。

(4)碾压：碾压应沿着坝轴线进行，采取静碾2遍+振动碾压8遍。

3.5.4特殊垫层料填筑

(1)填筑料：特殊垫层料采用砂石料场砂岩经砂石料破碎系统而成，颗粒级配要求Dmax≤40mm，无超径，D<5mm含量为35%～50%，D<0.075mm含量4%～8%。

(2)填筑料铺摊：后退法铺料，然后用挖掘机整平，特殊垫层料铺填厚度平均值为20cm。

(3)坝内洒水：加水量根据施工参数为15%。

(4)碾压：夯击10遍。

4 大坝填筑质量控制

4.1 质量管理

为切实保证大坝填筑质量，建立完善的大坝填筑质量管理机构，管理机构由业主、监理和总承包单位各参建方相关人员组成，严格执行大坝填筑质量的保证制度与措施，开工前召开技术交底会，施工期间每周召开质量周会、质量总结专题会以及执行“三检制”制度。同时，按照设计文件要求，监理单位平行检测和业主单位第三方检测确保满足要求检测频次，形成完善的质量检测体系。通过设置专职质量检测机构，配备专职质量检测人员，建设完善的质量检测制度，确保工程质量“合格率100%”。

4.2 质量检测

在大坝填筑过程中，严格按照《大坝填筑专项方案》、GBT 50123—2019《土工试验方法标准》和SL 345—2007《水利水电工程注水试验规程》的规范要求加强对坝体填筑的质量检测，主要检测工程部位有特殊垫层区、垫层区、过渡区和主堆石区，检测项目主要包括干密度、孔隙率、D<5mm颗粒含量、D<0.075mm颗粒含量[9]。

从大坝开始填筑到大坝封顶，每一个填筑施工单元都按照要求进行质量检测，检测结果都满足设计要求，由于检测数据较多，本文主要选取4个部位的某一段填筑高程的检测结果数据进行分析。

4.2.1特殊垫层区

特殊垫层实验部位位于EL712.15m～EL715.55m高程，一次铺料厚度为20cm，一共做十五次质量检测实验。根据现场实验检测报告可知，特殊垫层区D<5mm颗粒含量在36.6%～47%，D<0.075mm颗粒含量在4.2%～6.1%，干密度在2.22(g/cm3)～2.25(g/cm3)，孔隙率在16.7%～17.8%，均满足设计要求。

通过整理实验数据，画出特殊垫层区D<5mm、D<0.075mm、干密度和孔隙率的在不同实验部位的实验结果如图3—4所示。

图3 D<5mm和D<0.075mm实验结果图

图4 孔隙率与干密度实验结果图

4.2.2垫层区

垫层区实验部位位于EL711.75m～EL714.55m高程，一次铺料厚度为40cm，一共做8次质量检测实验。根据现场实验检测报告可知，特殊垫层区D<5mm颗粒含量在40.6%～45.2%，D<0.075mm颗粒含量在4.6%～5.7%，干密度在2.22(g/cm3)～2.24(g/cm3)，孔隙率在17%～17.8%，均满足设计要求。

通过整理实验数据，画出垫层区D<5mm、D<0.075mm、干密度和孔隙率的在不同实验部位的实验结果如图5—6所示。

图5 D<5mm和D<0.075mm实验结果图

图6 孔隙率与干密度实验结果图

4.2.3过渡区

过渡区实验部位位于EL730.6m～EL738.2m高程，一次铺料厚度为40cm，一共做16次质量检测实验。根据现场实验检测报告可知，特殊垫层区D<5mm颗粒含量在21.8%～26.5%，D<0.075mm颗粒含量在1%～2.8%，干密度在2.19～2.23(g/cm3)，孔隙率在17.4%～18.9%，均满足设计要求。

通过整理实验数据，画出垫层区D<5mm、D<0.075mm、干密度和孔隙率的在不同实验部位的实验结果如图7—8所示。

图7 D<5mm和D<0.075mm实验结果图

图8 孔隙率与干密度实验结果图

4.2.4主次堆石区

主次堆石区实验部位位于EL730.4m～EL737.6m高程，一次铺料厚度为80cm，一共做9次质量检测实验。根据现场实验检测报告可知，特殊垫层区D<5mm颗粒含量在7.2%～10.9%，D<0.075mm颗粒含量在0.5%～1.1%，干密度在2.15～2.17(g/cm3)，孔隙率在19.6%～20.4%，均满足设计要求。

通过整理实验数据，画出垫层区D<5mm、D<0.075mm、干密度和孔隙率在不同实验部位的实验结果如图9—10所示。

图9 D<5mm和D<0.075mm实验结果图

图10 孔隙率与干密度实验结果图

通过以上分析可知，干密度和孔隙率检测具有实证性的特点，为了更具有说服力，每层每种坝料均进行检测[10]，检测结果表明大坝填筑质量可靠，达到了混凝土面板堆石坝填筑相关规范和标准的要求。

5 结语

本文分析的坝体填筑施工技术已在该水库工程中成功应用，且相较计划工期提前8个月完成大坝填筑，结合对连续6个月的坝体沉降监测数据分析，大坝沉降趋于稳定、收敛，满足混凝土面板施工的要求，充分验证了坝体填筑施工技术的科学性与合理性，对同类型相似工程建设具有指导、借鉴意义。但也有考虑欠妥之处，坝体填筑过程中，为了形成度汛临时断面，主堆石区与次堆石区未能整体同步填筑、碾压，后坝坡干砌石也略滞后于坝体填筑碾压，存在局部沉降观测值反复变化，对大坝沉降监测数据造成了影响。因此，通过本文的分析与归纳，可以供其他学者对面板堆石坝填筑技术展开进一步的研究。